液晶变色龙：易于阅读的变色传感器

PME的科学家和工程师已经开发出一种拉伸和拉伸液晶以产生不同颜色的方法。这可以应用于智能涂料，传感器和可穿戴电子设备。

变色龙以其变色能力而闻名。根据他们的体温或情绪，他们的神经系统会引导包含纳米晶体的皮肤组织膨胀或收缩，从而改变纳米晶体反射光的方式并使爬行动物的皮肤变成彩虹。

受此启发，芝加哥大学普利兹克分子工程学院（PME）的科学家们开发了一种拉伸和拉伸液晶以产生不同颜色的方法。

通过创建填充有液晶小滴的聚合物薄膜，然后对其进行处理，他们确定了可用于智能涂料，传感器甚至可穿戴电子设备的变色传感系统的基本原理。

这项由Liew分子工程家族教授Juan de Pablo领导的研究于7月10日发表在《科学进展》杂志上。

使用薄膜拉伸液体

具有不同分子取向的液晶已经成为许多显示技术的基础。但是de Pablo和他的团队对手性液晶很感兴趣，手性液晶有曲折和某种不对称的“惯性”（例如右惯性或左惯性），这使它们具有更有趣的光学行为。

这些晶体还可以形成所谓的“蓝相晶体”，其具有液体和晶体的特性，并且在某些情况下可以比液晶本身更好地透射或反射可见光。

研究人员知道，如果拉伸或拉伸，这些晶体有可能被操纵以产生广泛的光学效果，但他们也知道，不可能直接拉伸或拉伸液体。相反，他们将微小的液晶液滴放入聚合物膜中。

“通过这种方式，我们可以封装手性液晶，并以非常特定的高度受控的方式使它们变形，”德帕勃罗说。“这使您能够了解它们具有的属性以及它们表现出的行为。”

创建温度和应变传感器

通过这样做，研究人员发现了比以前已知的更多的不同相（晶体的分子构型）。这些阶段根据它们如何拉伸或拉伸，甚至当它们经历温度变化时，会产生不同的颜色。

帕勃罗说：“现在，可能性真的在想象中打开了。”“想象一下，在纺织品中使用这些晶体会根据温度改变颜色，或者在弯曲肘部时改变颜色。”

这样的系统还可用于例如测量飞机机翼中的应变，或辨别房间或系统内温度的微小变化。

de Pablo说，颜色的变化提供了一种很好的远程测量东西的方式，而无需任何接触。

他说：“您只需要看一下设备的颜色，就可以知道材料或设备承受的压力有多大，并根据需要采取纠正措施。”“例如，如果结构承受太大的压力，您可能会立即看到颜色变化，然后将其关闭以进行修复。或者，如果患者或运动员在运动时对身体的特定部位施加过大的拉力，则可以穿着布料进行测量，然后尝试进行校正。”

他说，尽管研究人员通过应变和温度来操纵材料，但电压，磁场和声场也可能会影响它们，这可能会导致由这些晶体制成的新型电子设备。

“现在我们有了基础科学来了解这些材料的行为方式，我们就可以开始将它们应用于不同的技术，”德帕勃罗说。

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参考：Monirosadat Sadati，Jose A. Martinez-Gonzalez，Ye Zhou，Nader Taheri Qazvini，Khia Kurtenbach，Xiao Li，Emre Bukusoglu，Rui Zhang，Nicholas L. Abbott，Juan Pablo Hernandez-Ortiz和胡安·德·帕勃罗（Juan J. de Pablo），2020年7月10日，《科学进展》。
10.1126 / sciadv.aba6728

其他作者包括南卡罗来纳大学的Monirosadat Sadati和Nader Taheri Qazvini。博士后研究员何塞·马丁内斯·冈萨雷斯（Jose A. Martinez-Gonzalez）和张瑞（Rui Zhang）；研究生叶洲；校友Khia Kurtenbach；研究科学家肖莉；中东技术大学的Emre Bukusoglu；康奈尔大学的Nicholas L. Abbott；哥伦比亚国立大学的Juan Pablo Hernandez-Ortiz。

资金：国家科学基金会能源部